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  • Construyendo electrónica desde cero

    Se colocaron nanopuntos de óxido de hierro en un patrón muy ordenado sin el uso de plantillas. El diámetro medio de las partículas fue de 25 nanómetros, con espaciamiento regular de 45 nm.

    (Phys.org) —Apenas hay un momento en la vida moderna que no involucre dispositivos electrónicos, si lo están guiando a un destino por GPS o decidiendo qué mensajes entrantes merecen un pitido, anillo o vibración. Pero nuestra expectativa de que la próxima temporada de compras ofrecerá inevitablemente una actualización a dispositivos más potentes depende en gran medida del tamaño, es decir, la capacidad de la industria de encoger los transistores para que quepan más en superficies de chips cada vez más pequeñas.

    Los ingenieros han estado a la altura de la tarea de la miniaturización de la electrónica durante décadas, y el principio de que la industria de las computadoras podrá hacerlo en un horario regular, como se codifica en la Ley de Moore, no se pondrá en duda en el corto plazo, gracias a investigadores como Chuanbing Tang de la Universidad de Carolina del Sur.

    Tang es un líder en la construcción de estructuras minúsculas de abajo hacia arriba, en lugar de la de arriba hacia abajo. En la actualidad, La electrónica moderna se fabrica principalmente mediante el último método:la superficie lisa de un material de partida, por ejemplo, una oblea de silicio - se graba mediante micro o nanolitografía para establecer un patrón en ella.

    El método de arriba hacia abajo puede involucrar una plantilla prefabricada, como una fotomáscara, para establecer el patrón. Pero el enfoque es cada vez más desafiante, porque reducir el tamaño de las características en las plantillas requeridas se está volviendo extremadamente costoso a medida que los ingenieros avanzan en la nanoescala. "Pasar de 500 a menos de 30 nanómetros tiene un costo prohibitivo para la producción a gran escala, "dijo Tang, profesor asistente en el departamento de química y bioquímica de la Facultad de Artes y Ciencias de la USC.

    Chuanbing Tang (derecha) y Christopher Hardy utilizaron microscopía de fuerza atómica para caracterizar los patrones a nanoescala que construyeron de abajo hacia arriba.

    Como químico Tang utiliza un enfoque de abajo hacia arriba:trabaja con las moléculas individuales que van a una superficie, persuadiéndolos de que se arreglen ellos mismos en los patrones necesarios. Un método establecido para hacer esto involucra copolímeros de bloque, en el que una cadena de polímero está formada por dos o más secciones de diferentes monómeros polimerizados.

    Si las diferentes secciones del bloque están diseñadas correctamente, los bloques se autoagregarán cuando se coloquen en una superficie, y la agregación se puede aprovechar para crear patrones deseables en la nanoescala sin necesidad de plantillas. Copolímeros dibloques de poli (óxido de etileno) y poliestireno, por ejemplo, se han utilizado para construir matrices altamente ordenadas de cilindros perpendiculares de materiales a nanoescala. Evaporación de solventes, o recocido, de estos polímeros en las superficies ejerce un campo direccional externo que puede mejorar el proceso de creación de patrones y crear matrices casi libres de defectos.

    El laboratorio de Tang acaba de publicar un artículo para el número especial "Investigadores emergentes 2013" de la revista. Comunicaciones químicas que lleva este método a un nuevo nivel. Trabajando junto con el estudiante graduado Christopher Hardy, Tang dirigió un equipo que fabricó nanopartículas de puro, óxido de hierro cristalino con tamaño y espaciado controlados en obleas de silicio mediante la incorporación covalente de un resto de ferroceno en un copolímero de tres bloques.

    La incorporación de metales en diseños a nanoescala es crucial para la fabricación de dispositivos electrónicos, y el método de Tang es un paso adelante para el campo. Debido a que el ferroceno está unido covalentemente al copolímero de bloque, no hay necesidad de un paso de complejación para agregar un compuesto que contenga metal a la superficie, un requisito oneroso de la mayoría de los métodos anteriores. Es más, su técnica es un paso más allá de los sistemas poliméricos relacionados que contienen enlaces ferrocenilsilanos covalentes, en el que la eliminación de los componentes orgánicos deja óxido de silicio como impureza en el óxido metálico.

    La técnica es una adición prometedora a las herramientas disponibles para abordar la necesidad crónica de disminuir el tamaño de los componentes electrónicos. "La industria no reemplazará los métodos de arriba hacia abajo, "Tang dijo, "pero planean utilizar pronto los métodos ascendentes junto con los métodos descendentes existentes".

    También hay versatilidad en la técnica. "Aquí usamos un polímero que contiene ferroceno, que convertimos en óxido de hierro inorgánico. Pero si reemplazamos el ferroceno en el polímero con un precursor de carbono, podríamos hacer una nanovarilla de carbono perpendicular, que tendría muchos usos potenciales, ", Dijo Tang." O podemos incorporar un polímero semiconductor, como el politiofeno, lo que sería muy útil en aplicaciones de células solares ".


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